东北大学传感器实验报告

1、东北大学传感器实验报告实验一金属箔式应变片一一单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电 阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： R /R =K 式中： R /R为电阻丝电阻相对 变化，K为应变灵敏系数， = L/L为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光 刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化。电桥的作用完 成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压 Uo1= EK /4。三、需用器件与单元：主机箱（4V、1

2、5V、电压表）、应变式传感器实验模板、 托盘、砝码、41位数显万用表（自备）。应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图4、根据表1计算系统灵敏度S = U/A W （ U输出电压变化量， W重量变化量） 和非线性误差6，解：S=200/47=4.2256 =A m/yFS X100%=2/200X100%=1 %四、实验报告数据处理记录实验数据，并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲线。实验误差：产生非线性误差的原因：电阻变化率 R/R不可能完全成线性增加。实验二金属箔式应变片一半桥性能实验一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。二、基本原理：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，

3、电桥输出灵敏度提高，非线性得到改 善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U O2=EK /2。图2应变式传感器半桥接线图三、需用器件与单元：主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。画出实验曲线，计算灵敏度S 2=U /W，非线性误差6。2、由所得数据绘出半桥电桥的传感器特性曲线如下：3、(1)计算系统灵敏度:V= (24-13) + (43-13) + (104-94) /9= (104-24) /9=8.89mV W=20gS=A V/A W=0.444mV/g (2)计算非线性误差：m = (13+24+33+43+53+64+74+84+94+104) /10=58.6mV y

4、 FS =104mV 6 f = m / yFSX100%=56.3%误差分析：电桥原理上存在非线性误差实验三金属箔式应变片一全桥性能实验一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。二、基本原理：全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的 应变片接入电桥邻边。当应变片初始阻值：R 1=R 2=R 3=R 4,其变化值 R 1=A R 2=A R 3=A R 4时，其桥路输出电压U 03 = KE 。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和 温度误差均得到改善。三、需用器件和单元：主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。图31全桥性能实验接线图1、实验数据2、由所得数据绘出半桥

5、电桥的传感器特性曲线如下全桥传感器特性曲线由图可知，全桥的传感器特性曲线的线性特性良好，电桥输出灵敏度很高。3、(1) 计算系统灵敏度：V= (30-16) + (60-46) + (152-136) /9= (152-30) /9=13.56mV W=20g S=A V/A W=0.68mV/g(2)计算非线性误差：m = (16+30+46+60+76+90+106+121+136+152) /10=83.3mV y FS =152mV 6 f = m / yFSX100%=54.8%图3 2应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图误差分析：仪器本身存在系统误差，读数误差。实验九差动变压器的性

6、能实验一、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。二、基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外 层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当差动变压器随着被测体移动时差动变压器 的铁芯也随着轴向位移，从而使初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感 应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接 (同名端连接)，就引出差动电势输出。其输出电势反映出被测体的移动量。三、需用器件与单元：主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示 波器。测微头组成和读数如图91测微头读数图图91测位头组成与读数图92差动变

7、压器性能实验安装、接线图画出V op-p -X曲线2.灵敏度 S= -66.044mv/mm当 X=1mm 时 当 x=3mm 时(1) X=1 时，y=-66+252=186mv (1) x=3mm 时，y=-198+256=54mv (2) X=-1 时， y=66+252=318mv (2) x=-3mm 时 y=198+256=450mv分析产生非线性误差的原因答：由于差动变压器制作上的不对称以及铁心位置等等因素，存在零点残余电动势， 使得传感器的输出特性在零点附近不灵敏，给测量带来了误差。实验十三电容式传感器的位移实验一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。二、基本原理：利用电容

8、C = A /d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电 路可以选择、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度 (变)、测位移(d变)和测量液位(A变)等多种电容传感器。本实验采用的传感器 为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，如下图所示：它是有二个圆筒和一个圆柱 组成的。设圆筒的半径为R ；圆柱的半径为r ；圆柱的长为x，则电容量为C= 2n x /ln(R/r)。图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生AX位移时，电容量的变化量 为X=C1C2= 2n 2AX / ln(R/r)，式中 2n、ln(R/r)为常数，说明AC 与位移AX 成正比，

9、配上配套测量电路就能测量位移。三、需用器件与单元：主机箱、电容传感器、电容传感器实验模板、测微头。计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差6电容传感器位移与输出电压值图13电容传感器位移实验安装、接线图灵敏度 S=-0.0075V/mm 非线性误差 6 =9/570*100%=1.58%实验误差：系统误差，读数误差。实验十七磁电式转速传感器测速实验一、实验目的：了解磁电式测量转速的原理。e =-N二、基本原理：基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中 感应电势：发ddt生变化，因此当转盘上嵌入N个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N次的变化， 通过放大、整形和计数等电路即可以测量转

10、速。三、需用器件与单元：主机箱、磁电式传感器、转动源。图17磁电转速传感器实验安装、接线示意图实验结论：随着电压增加，电机转速越来越高。实验误差：系统误差，读数误差。实验十八压电式传感器测振动实验一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压 电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在 晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。三、需用器件与单元：主机箱、差动变压器实验模板、振动源、示波器。图18压电传感器振动实验安装、接线示意图实验图象结果波形

11、图当振荡频率大约为14HZ时，产生共振。误差分析：系统误差。十九电涡流传感器位移实验一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。二、基本原理：通过交变电流的线圈产生交变磁场，当金属体处在交变磁场时，根据 电磁感应原理，金属体内产生电流，该电流在金属体内自行闭合，并呈旋涡状，故称为涡流。涡流的大 小与金属导体的电阻率、导磁率、厚度、线圈激磁电流频率及线圈与金属体表面的距离X 等参数有关。电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量，从而改变激磁线线圈阻抗，涡流 传感器就是基于这种涡流效应制成的。电涡流工作在非接触状态（线圈与金属体表面不接 触），当线圈与金属体表面的距离X以外的所有参数一定时

12、可以进行位移测量。三、需用器件与单元：主机箱、电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、测微头、被 测体（铁圆片）。图19电涡流传感器安装、按线示意图四、实验报告1.根据表19-1数据，画出U -X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测 量时的最佳工作点，并计算量程为1mm、3 mm及5mm时的灵敏度和线性度（可以用端点 法或其它拟合直线）。五、实验数据曲线图V -X曲线最小二乘法计算如下所示：拟合曲线约为:Y=33.89x-334（1）由上图可得系统灵敏度：S=A V/A W=33.887mV/mm （2）由上图可得非线性误 差：当x=1mm时:Y=33.89X1-334=-300.11mV

13、A m =Y+306=5.89m V y FS =340mV6 f =A m / yFSX100%=1.73% 当 x=3mm 时：Y=33.89X3-334=-232.33mVA m =Y+240=7.67m V y FS =340mV6 f =A m / yFSX100%=2.26% 当 x=5mm 时：Y=33.89X5-334=-164.55mV m =Y+166=1.45m V y FS =340mV6 f = m / yFSX100%=0.43%实验二十四光纤传感器的位移特性实验一、实验目的：了解光纤位移传感器的工作原理和性能。二、基本原理：本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混

14、合后，组成Y型光纤， 半园分布即双D分布，一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两 光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X ,由光源发出的光纤传到端部出 射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，而光电转换 器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。三、器件与单元：主机箱、光纤传感器、光纤传感器实验模板、测微头、反射面。图24光纤传感器位移实验接线图表24光纤位移传感器输出电压与位移数据实验结论：随着距离增加，电压越来越高。实验误差：系统误差，读数误差。实验二十五光电转速传感器测速实验一、实验目的：了解光电转速传感器测

15、量转速的原理及方法。二、基本原理：光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的 （光电断续器），传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电 管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲 数，将脉冲计数处理即可得到转速值。三、需用器件与单元：主机箱、转动源、光电转速传感器一光电断续器（已装在转动 源上）。图 2光电传感器测速实验实验数据实验结论：随着电压增加，电机转速越来越高。实验误差：读数误差，系统误差。实验三十B K热电偶测温性能实验一、实验目的：了解热电偶测温原理及方法和应用。二、基本原理：将A和B二种不同

16、的导体首尾相连组成闭合回路，如果二连接点温 度（T，T 0）不同，则在回路中就会产生热电动势，形成热电流，这就是热电效应。A和B称为热电极，焊接 的一端是接触热场的T端称为工作端或测量端，也称热端；未焊接的一端（接引线）处在 温度T 0称为自由端或参考端，也称冷端。T与T 0的温差愈大，热电偶的输出电动势愈 大；温差为。时，热电偶的输出电动势为。可以通过测量热电偶输出的热电动势值再查 分度表得到相应的温度值。三、需用器件与单元：主机箱、温度源、P t 100热电阻（温度源温度控制传感器）、K热电偶（温度特性实验传感器）、温度传感器实验模板、应变传感器实验模板（代mV发生器）。热电偶测温时要对参

17、考端（冷端）进行修正（补偿），计算公式： E（t,t0）=E（t,t0, ）+E（t0，t0）图30B K热电偶温度特性实验接线示意图表30B K热电偶热电势（经过放大器放大后的热电势）与温度数据45mv 900mv k（增益）=206、根据表30B数据画出实验曲线并计算非线性误差。S=A V/A T=（189.5-162.4）/（100-50）=0.5426 =A m/yFSX100%=2.6/189.5X100%=0.95%注：实验数据V（mv）/k（增益）=E（t,t0）。实验曲线实验三十四气敏传感器实验一、实验目的：了解气敏传感器原理及应用。二、基本原理：气敏传感器（又称气敏元件）是指

18、能将被测气体浓度转换为与其成一 定关系的电量输出的装置或器件。它一般可分为：半导体式、接触燃烧式、红外吸收式、热导率变化式等 等。本实验所采用的SnO 2 （氧化锡）半导体气敏传感器是对酒精敏感的电阻型气敏元件; 该敏感元件由纳米级SnO 2及适当掺杂混合剂烧结而成，具微珠式结构，应用电路简单， 可将传导性变化改变为一个输出信号，与酒精浓度对应。传感器对酒精浓度的响应特性为:三、需用器件与单元：主机箱、气敏传感器、酒精棉球（自备）。图34气敏（酒精）传感器与实验接线示意图实验数据：未放酒精棉：1.43v放酒精棉4.33v实验误差：系统误差，读数误差。实验三十五湿敏传感器实验一、实验目的：了解湿敏传感器